摘要：本文首先阐述了近海村庄的采暖现状及海水源热泵，接着分析了海水资源适宜性分析，最后对近海浅滩海水源热泵特性分析进行了探讨。
关键词：近海浅滩海水源热泵；工程应用；节能减排
引言
随着我国经济的发展，石油、煤炭等重要能源消耗越来越多，而同时随着大众环保意识的提高，节能减排政策也越来越受到人们的关注。所以，我们需要优先开发清洁能源以及可再生能源。海洋中蕴含着巨大的能源，因此利用海洋中的能源作为建筑制冷和供热的冷热源，已经成为了绿色建筑的前沿课题。
1近海村庄的采暖现状
随着能源危机和环境污染问题日益严重，我国近几年地源热泵发展非常迅速。简单来讲，地源热泵是一种利用地下浅层的地热资源，通过换热管进行换热，实现冬季供热或夏季制冷的节能空调系统,是一种即环保又节能的能源利用技术。地源热泵按热源的不同,应是分为水源热泵和土壤源热泵。水源热泵按水源深度的不同可以分为地表水和地下水，即地表水热泵系统和地下水热泵系统。海水源热泵属于水源热泵形式中的一种，与其换热原理基本相同的地下埋管的闭式地源热泵相比,有着造价低、容量大、水温稳定的优点,所以在暖通空调领域占有率较高，在国内外已经得到了广泛应用。海水源热泵技术利用再生海水能源作为冷热源，通过热泵系统进行能量转换供冷和供热，在世界很多国家得到了规模应用，瑞典、瑞士、奥地利、丹麦等中、北欧各国在利用海水源热泵集中供热供冷方面已取得先进而成熟的经验。
2海水源热泵
海水源热泵将被太阳辐射加热，温度略高于空气且温度波动较稳定的海水作为热泵的低温热源，并从中汲取热量之后供给高温热源，这种技术依据的原理是逆卡诺循环，其在节能环保的同时不失高效。其工作流程与制冷压缩机相同，都是工质在压缩机中被压缩，至冷凝器中放热，再如节流装置节流降压，然后在蒸发器中吸热，最后送回压缩机。不过制冷机是利用蒸发器中的吸热来制冷，热泵是既能利用蒸发器中的吸热来制冷又能利用冷凝器中的放热来供暖，不过其最主要的应用还是将低温热源的热量传递给高温热源，即其供暖功能。
海水源热泵技术起步于欧洲，北欧的瑞典和挪威在这种技术上最为先进，瑞典斯德哥尔摩有全球最大的海水源热泵站，在挪威奥斯陆海水源热泵也得到规模化应用。国内海水源热泵技术首先应用于大连、青岛等北方城市，它们的气候条件与北欧类似，国内早期海水源热泵示范性工程多落户于这两个城市。
3海水资源适宜性分析
3.1水温
在冬季，作为低位热源的海水温度越高，越有利于海水源热泵运行，在海水温度低于3℃的时候，考虑到热泵蒸发器侧出口已经接近海水冰点，有保护停机的可能，因此，低于3℃不适宜应用海水源热泵。故将冬季采暖期内，海水温度高于3℃的小时数作为衡量条件，高于3℃的时间越高，海水资源适宜性条件越好。图1显示，大连、天津和青岛2月份海面平均水温(亦称海温,即海水表层的温度)均低于3℃，需要加装辅助热源配合海水源热泵进行供热。从水温角度看，青岛海域供暖期海水表面平均温度大于3℃的小时数最高,较利于使用海水源热泵进行冬季供热。
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图1各城市海域2月份海面平均水温（℃）
3.2水质
近岸海水一般比较浑浊，其中杂质主要有泥沙、海藻及各种海生动植物。如果距离生活污水排水口较近，还会有较多大肠杆菌及其它污物和细菌。泥沙的含量受天气变化影响很大，风平浪静时，海水比较清澈，而在波涛汹涌时，泥沙含量急剧上升，会有很多泥土和污染物被吸进热泵系统，当这些东西粘附在泵体内时，必将增大运动部件间的磨损和密封件的损伤。海水中的泥沙和污染物沉积在冷凝器和蒸发器管壁上，会降低换热效果。所以，在有条件的情况下，应尽量利用海岸井取水。既过滤海水，同时还可以利用部分地下岩土的热量。沿海城市一般是重要的旅游观光胜地，海水源热泵取、排水管道系统设置不合理，会影响沿海一带的风景。如果潮差太大，取、排水口高度设置不合理，在低潮位时，取水口会吸不上水，或勉强能吸上的海水污泥较多。所以，潮差太大不利于海水源热泵的取、排水。
4海水源热泵空调系统的应用
海水源热泵技术其实就是利用海水循环转换能量来代替传统的锅炉房或冷却塔来给建筑物供热或供冷，因此其海水循环冷却系统为整个系统最能体现节能价值的部位，它避免了传统能源产生的粉尘污染和热岛效应。海水的温度对于海水热源泵系统应用的成败具有着至关重要的影响，它是实现海水资源有效利用的关键因素。海水的温度条件通常涉及的是海水最热月份以及最冷月份海水每层的温度值，以青岛大连地区为例，其海水温度在2～22℃，冬季不用担心海水过冷结冰的问题，夏季海水的冷却效果优于冷却塔。因此建议将整个循环系统放置在建筑物内，通过高压泵和管道与海水联通，在岛屿等淡水缺乏地区还可以增加淡水设备，经处理后的淡水通过循环系统后还可以进入储水池供用户使用。
虽然海水源热泵技术的运行效率较高，但在前端系统方面，海水的腐蚀性和波动性，将直接影响设备管道、结构的使用寿命，海水的温度变化决定整个系统的能耗，海水供回水管道的敷设位置、取水深度、取水距离及敷设方式的经济性还需进行深入研究。
海水源热泵技术节能效果主要受海水的温度制约，原则上夏天温度愈低，冬天温度愈高，则系统效率愈高。由于海水源常年稳定，因此如何在流量不变的情况下能提供更多的能量以及热泵主机系统的选型成为关键问题。因此采用大温差小流量热泵系统将降低系统能耗，提高系统运行效率。大温差的目的是优化空调系统各设备间的能耗配比，在保证舒适度的前提下减少冷量输配能耗，或是减少冷却前段和用户末端系统的能耗，降低系统投资。大温差系统可以在冷却水侧/冷冻水侧实现，对比常规温差系统，每年大温差系统可节约7.4%的空调水系统运行费用。从系统角度出发，合理扩大温差，使冷却水系统降低的能耗大于冷水机组因运行效率变差而增加的能耗，即可实现系统的综合效率提高，并大大降低初投资。冷却水侧温差从常规的5℃(32/37℃)提高到8℃(32/40℃)，将提高海水循环系统的换热效率，降低冷却水泵以及相应管路系统的初投资。
然而大温差系统的节能效果不是水流量越小越好，也不是温差越大越好，最大限度地挖掘节能潜能，需要更多的专业、领域的科研人员来共同努力、共同配合，从国家政策法规、机组系统的设计制造、维护管理等各个方面来综合考虑。
结束语
虽然海水源热泵技术的初期投资、运行维护费用相比常规能源系统较大，但是其平均消耗高位能源低，所产生的制热、制冷量高，其年平均费用更低。由于海水源能够源源不断地提供能量，符合可持续发展战略要求，因此引进先进技术，开发海洋能源势在必行。但是海水源热泵区域供冷、热技术在大模化应用前，还需要对沿海地区气象、水源资料进行详细勘察，目前我国已建大型海水源热泵系统项目进行全年运行实测。
参考文献
[1]田宇.海水源热泵系统在大连地区的应用[J].门窗.2015(01)
[2]何文肇.海水源热泵系统的技术经济分析[J].中国新技术新产品.2014 (04)
[3]王文桐.大连市海水源热泵城市级示范[J].建设科技.2018(07)
论文作者:李清
论文发表刊物:《基层建设》2019年第29期
论文发表时间:2020/3/12
标签：海水论文; 源热泵论文; 系统论文; 热源论文; 温度论文; 温差论文; 热泵论文; 《基层建设》2019年第29期论文;